Лілі Хлоя Нінетт Томсон народилася 5 квітня 1989 року в місті Ішер, Англія. Вчилася в школі мистецтв в місті Трінз. У 2010 році закінчила Ґілдхоллську школу музики і театру у Лондоні. Періодично грає в декількох англійських театрах. Користується псевдонімом Лілі Джеймс.
Лілі дебютувала на телебаченні в 2010 році, знявшись в 4 епізодах серіалу «Просто Вільям»[3]. У 2011 році вона знялася в 8 епізодах серіалу «Таємний щоденник дівчини за викликом». У 2012 році зіграла роль Корріна у фільмі «Гнів титанів». З 2012 року знімається в серіалі «Абатство Даунтон»[4]. У 2015 році вийшов фільм «Попелюшка», де вона зіграла головну роль[5].
Довгий час, від 2014 року, зустрічалася з Меттом Смітом, з яким навіть провела разом карантин.[джерело?]
Але в липні 2020 року з'явилися чутки про роман Лілі Джеймс та Кріса Еванса. Пару помітили разом, коли актори разом доїхали до клубу Mark's Club, звідки потім попрямували в готель, скориставшись окремими входами.[6][7]